Vor kurzem haben chinesische Forscher ein neuartiges photoakustisches Terahertz-System entwickelt, das einen bedeutenden Fortschritt in der nicht-invasiven Diagnostik darstellt. Dieses System überwindet die Wasserinterferenz, so dass keine Blutentnahme oder Markierung erforderlich ist, und ermöglicht die Echtzeitmessung des Natriumspiegels in lebenden Mäusen. Vorläufige Versuche am Menschen haben ebenfalls das Potenzial und die Machbarkeit für klinische Anwendungen gezeigt.
Terahertz-Wellen, die zwischen den Mikrowellen und dem mittleren Infrarot angesiedelt sind, bieten Vorteile wie niedrige Energie, Unschädlichkeit für das Gewebe, schwache Streuung und hohe Empfindlichkeit gegenüber biologischen Strukturveränderungen, was sie zu einem idealen Instrument für biomedizinische Nachweise macht. Terahertz-Wellen werden jedoch leicht von Wasser absorbiert, was zwei große Herausforderungen für biomedizinische Anwendungen mit sich bringt: die Eliminierung von Störungen durch Wassermoleküle in komplexen Proben und die In-vivo-Detektion durch dickes biologisches Gewebe.
Die genaue Messung des Natriumgehalts im Blut ist entscheidend für die Diagnose und Behandlung von Dehydrierung, Nierenerkrankungen und bestimmten neurologischen/endokrinen Störungen. Das Forscherteam hat ein Detektionssystem entwickelt, das photoakustische Sensorik mit Terahertz-Spektroskopie kombiniert und eine nicht-invasive Langzeitüberwachung der Natriumkonzentration im Blut ermöglicht.
Das System sendet Terahertz-Wellen durch einen modularen Aufbau aus und regt Natriumionen im Blut zur Erzeugung von Ultraschallwellen an, die dann von einem Ultraschallwandler aufgefangen werden. Diese photoakustische Technik wandelt die absorbierte Terahertz-Energie in Schallwellen um und überwindet so effektiv die Wasserabsorptionsstörung. Sie ermöglicht eine langfristige, markierungsfreie Überwachung des Natriumspiegels im Blut von lebenden Mäusen, und auch Versuche mit menschlichen Freiwilligen haben vielversprechende Ergebnisse erbracht.
„In Zukunft könnte dieses System nicht nur Natrium im Blut nachweisen, sondern auch andere Ionen wie Kalium und Kalzium sowie Biomoleküle wie Zucker, Proteine und Enzyme anhand ihrer Terahertz-Absorptionssignaturen identifizieren, was ein großes Entwicklungspotenzial darstellt.“
